气泡混合轻质土及其应用

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1、气泡混合轻质土及其应用 0.概要    轻质填土材料是人工制作的土工材料。其主要特点是容重比一般的土体小，而强度和变形特性可以达到甚至超过良好的土体，是工程界近年开发并在推广的土建新技术。轻质材料的种类很多，按其容重可分为准轻质材料（如粉煤灰）；轻质材料（如气泡混合轻质材料）及超轻质材料（如EPS）等。最早是使用粉煤灰、矿渣等材料制作轻质土；1972年挪威率先在公路填土中使用了泡沫塑料块体，此后轻质材料得到了较为广泛的应用。1980年代，日本又相继将废弃的泡沫塑料制成一定大小的颗粒，并按一定的比例与工程废弃土混合制成了容重可自由调整的轻质土，而现在最新的轻质土材料是

2、向土中混入一定比例的气泡和固化材料制成容重和强度都可自由调整的气泡混合轻质土。    1，气泡混合轻质土的概念及制作    气泡混合轻质土就是在原料土中按照一定的比例添加固化剂、水和预先制作的气泡群，进行充分的混合、搅拌后所形成的轻型土工材料，图-1.1简要地说明了气泡混合轻质土的制作流程。    1.1 原料土    原料土可以是工程废弃土，也可以是细砂，但为了达到与固化剂及气泡的充分混合，并确保气泡混合轻质土的流动性，原料土的直径宜小于5mm，对于不满足要求的原料土，应先期进行解泥及必要的筛分处理。  图-1.1 气泡混合轻质土的制作流程    1.2 固化材料

3、    固化材料可以分为主剂和辅剂两种，主剂是主要起固结、加强土体骨架的作用，而辅剂是以催化、早凝为目的的固化材料；主剂以水泥类为主，常用的有火山灰水泥、普通硅酸盐水泥、高炉硅酸盐水泥等，这些材料加入土中后与水之间发生水和作用产生Ca(OH)2产物，Ca(OH)2与粘土颗粒发生离子交换形成固化物，达到加固土体骨架的作用，实践证明，使用高炉水泥的效果更佳；辅剂是指石膏粉、硅粉等辅助材料，加入这些材料的目的在于减少主剂的用量，达到降低造价的目的。      1.3 起泡剂    起泡剂主要有界面活性类、蛋白类、树脂类材料等，通过将适量倍率稀释后的起泡剂定量泵送到发泡装置

4、后，与压缩空气充分混合而产生大量的微小气泡群，图-1.2简要地说明了气泡的制作流程。在这里，压缩空气是通过空压机加压，用减压阀控制输气压力，以稳定的压力和气量向发泡装置供气；气泡是由致密、直径为30～300μ左右的气泡群体组成，要求气泡具有一定的稳定性，与土混合后可在土中形成多量的微小孔隙。图-1.2 气泡的制作流程    2，气泡混合轻质土的主要特性    气泡混合轻质土是人工制作的土工材料，其容重可以做得比一般的土体小得多，而其强度和变形特性可以达到甚至超过良好的土体，且便于施工等。其主要特性如下：    （1) 轻质性    气泡混合轻质土内含有大量的微小气泡

5、群，其容重不但比一般的土体要小得多，而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量，可以按照需要对气泡混合轻质土的容重在5~16kN/m3内进行必要的调整。    （2）强度的可调节性    和容重的可调节性原理一样，通过改变各种成分的配合比，气泡混合轻质土的强度的可以在300~1500kN/m2的范围内进行调整。    图-2.1定性地说明了气泡混合轻质土、混泥土及各种土的容重与无侧限抗压强度之间的变化关系。    （3）高流动性    气泡混合轻质土具有良好的流动性，可通过管道泵送，其最大输送距离可达到1500米，最大泵送高度可达到30米。为防止泄漏，在进行气泡混合轻质

6、土的浇筑施工时，通常不得不砌一些必要而简单的挡墙。    （4）固化后的自立性    由于使用水泥作为固化剂，通常在浇筑5个小时后就会开始固化，且固化后可以自立，可进行垂直填土，且对挡土结构物几乎没有推挤力。    （5）良好的施工性    由于其具有良好的流动性和固化后的自立性，且不需振捣和碾压作业，可进行远距离或在小空间内施工。此外，气泡混合轻质土中混有大量的气泡群，成品的体积可达到材料体积的3倍以上。    （6）耐久性    属水泥类材料，与高分子材料相比，其耐久性，耐热及抗油污能力强，具有水泥材料同等的耐久性。    （7）隔热性    气泡混合轻质土中含

7、有大量的气泡，具有良好的隔热性。 图-2.1  常用的土工材料的容重与    无侧限抗压强度之间的关系    3，气泡混合轻质土的主要应用    气泡混合轻质填土技术在公路建设中有着非常广泛的应用，它为解决高等级公路软基路堤中的桥涵跳车、公路路基加宽时新老路基的差异沉降、高填土路堤的稳定性等世界性难题提供了一种极好的技术手段。运用这种技术能节省昂贵的用地、减少拆迁，充分有效地利用土地资源等。它主要应用于以下一些领域：    （1）路基加宽    随着经济的发展、车流量的不断增加，常需对已通车的道路进行扩幅改造。与传统的施工法相比，气泡混合轻质填土技术主要有以下几